[논문]모의 GIS내에서의 부분방전시 UHF 안테나를 이용한 방전위치측정

장효성; 박광서; 이현철; 김인식; 최병주; 최상태; 김기채; 이광식

모의 GIS내에서의 부분방전시 UHF 안테나를 이용한 방전위치측정
The measurement of a discharging point using UHF Antenna with partial discharge in the model GIS 원문보기

장효성 (영남대학교 전기공학과) , 박광서 (영남대학교 전기공학과) , 이현철 (영남대학교 전기공학과) , 김인식 (경일대학교) , 최병주 (서라벌대학교) , 최상태 (경주대학교) , 김기채 (영남대학교 전기공학과) , 이광식 (영남대학교 전기공학과)

본 논문은 모의GIS(내에서 부분방전(partial discharge:PD) 발생 시 방사되는 전자파 신호를 두 개의 UHF(Ultra-High Frequency)타임 혼형안테나(Time-Do main Antennas: NBS-200)를 설계제작하여 오실로스코프를 이용한 부분방전의 위치검출에 관해 연구하였다. 실험조건은 GIS내에 금속 파티클을 넣고 전압을 32[kV]로 고정하여 파티클의 활발한 진동시에 방사되는 전자파 신호를 오실로스코프를 사용하여 측정된 두 신호의 시간차를 이용하여 추정하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 GIS내에 부분방전(partical discharge : PD)시 발생하는 방사전자파의 위치를 추정하기 위해서 실제 발생 가능한 상황을 모의 GIS, UHF타임 혼형안테나(NBS 200-1)와 오실로스코프를 이용하여 부분방전 시발 생하는 방사전자파 신호의 시간차를 측정하였다.
본 실험에서는 모의 GIS (gas insulatd switchgear) 내에서 발생하는 방사전자파를 측정하기 위해서 모의 GIS외부의 양쪽 끝에 시간의 차이에 의해 발생하는 전자파 신호를 측정하기 위해서 설계 . 제작한 두 개의 UHF타임흔형 안테^-(Time-DomainAntennas: NBS20 0-1)와 2대의 오실로스코프를 설치하였다.

제안 방법

제작한 것으로 원통형 타입이고 최대인가전압은 200[kV]이고 최대압력은 10 기압까지 압력상승 및 압력유지가 가능하도록 제작하였고 원통형 전극과 바닥까지의 거리를 5mm~10mm 까지 Gap조절이 가능하다. 또한 전압원은 교류전압( 일본: matsunaga. co. ltd, 입력 AC₂₀0[V] 주파수: 50/60 [Hz], 출력: 60[KV] )을 이용하였고 인가전압측정을 위해 High Voltage divider (Pulse Electronic Engineering, EP-300K, 10000:l)를 사용하였다.
방전전류와 인가전압은 오실로스코프(Lecroy사 LT372, 500[khz], 4[Gs/s])로 측정하였다. 안테나에서 오실로스코프까지의 케이블의 길이는 5[m]로 양쪽 모두 동일하고 SF6 가스는 4기압을 알정하게 유지하였다.
본 논문에서는 실제 GIS에서 많이 일어나고 있는 금속 파티클에 의한 부분방전시 방전점의 위치 검출을 위해 자체 제작한 실험용 GIS 챔버 내부에 파티클을 넣어 두 개의 타임혼형 안테나를 사용해 부분 방 전시 발생하는 신호를 측정하였으며, 두 안테나의 거리 차에 의한 방전신호의 시간차를 측정해 방전점 위치를 검출하였다.
본 실험에서의 신호의 측정값은 모의 GIS에 대한 안테나의 위치를 변화할 때마다 5회의 실험을 거친 값을 평균해서 측정하였다.
안테나에서 오실로스코프까지의 케이블의 길이는 5[m]로 양쪽 모두 동일하고 SF6 가스는 4기압을 알정하게 유지하였다. 실제 GIS의 전기적 사고롤 모의하기 위해 금속파티클(지름1mm), 길이을 GIS내부의 일정한 간격을 둔 가장자리에 파티클이 위치하도록 하였다. 인가전압은 절연파괴 되기 직전(즉, 금속파티클의 친동이 아주 활발함)까지의 전압 (32[kVD을 일정하게 인가하여 금속파티클의 진동에 따라 발생하는 방사전자파를 두 개의 UHFtNBS.
이 실험에서는 모의 GIS의 양끝에 설치한 두 개의 안테나의 거리에 변화를 주었다. 하나의 안테나의 거리는 l[m]로 고정시키고 다른 하나의 안테나의 거리를 L5[m], 2[m], 2.
실제 GIS의 전기적 사고롤 모의하기 위해 금속파티클(지름1mm), 길이을 GIS내부의 일정한 간격을 둔 가장자리에 파티클이 위치하도록 하였다. 인가전압은 절연파괴 되기 직전(즉, 금속파티클의 친동이 아주 활발함)까지의 전압 (32[kVD을 일정하게 인가하여 금속파티클의 진동에 따라 발생하는 방사전자파를 두 개의 UHFtNBS. 200-1) 안테나와 오실로스코프를 이용하여 부분방전이 일어난위치릎 신호발생시의 시간차를 이용하여 추정하였다.
본 실험에 사용된 모의 GIS는 자체설계 . 제작한 것으로 원통형 타입이고 최대인가전압은 200[kV]이고 최대압력은 10 기압까지 압력상승 및 압력유지가 가능하도록 제작하였고 원통형 전극과 바닥까지의 거리를 5mm~10mm 까지 Gap조절이 가능하다. 또한 전압원은 교류전압( 일본: matsunaga.
거리에 변화를 주었다. 하나의 안테나의 거리는 l[m]로 고정시키고 다른 하나의 안테나의 거리를 L5[m], 2[m], 2.5[m]로 조정하면서 거리의 차이에 의해 나타나는 신호발생 시의 시간 차를이용해 부분 방전의 위치를 추정하였다.

대상 데이터

신호를 측정하기 위해서 설계 . 제작한 두 개의 UHF타임흔형 안테^-(Time-DomainAntennas: NBS20 0-1)와 2대의 오실로스코프를 설치하였다.

성능/효과

둘째, 본 논문에서는 방사전자파가 나와서 오실로스코프로 들어가는 속도를 양쪽 끝에있는 케이블을 통과하는 속도와 공기를 통과하는 속도를 구분하지 않고 공기 중에서의 전자파의 속도인 3xl08m/s로 계산을 했기 때문으로 분석할 수 있었다.
또한 신호의 기준 값을 잡을 때 산호의 첫 번째 피크 값을 기준으로 해서 잡는 것이 오차가 적다는 것을 알 수 있었다
본 논문에서는 안테나의 거리가 가깝다고 해서 오차가 적게 발생하는 것이 아니라 안테나의 특성에 맞는 적합한 위치에서 측정하는 것이 오차를 줄일 수 있다는 것을 보여주고 있으며 또한 이러한 오차율을 최대한으로 줄이게 되면 방전의 위치를 추정, 예측하고 판단할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험결과에서 보는 바와 같이 어느 정도의 오차는 있었지만 거리가 안테나와의 거리가 짧을수록 신호가 나오는 시간의 빠르고 멀면 멀수록 늦어진다는 것을 볼 수 있었다. 또한 신호의 기준 값을 잡을 때 산호의 첫 번째 피크 값을 기준으로 해서 잡는 것이 오차가 적다는 것을 알 수 있었다
측정한 것이다. 안테나와 모의 GIS 의 거리를 0.5[m〕씩 증가시켜 시간의 차이를 측정해본 결과로서는 거리가 더 멀어지면 멀어질수록 받아들여지는 산호의 시간차가 점점 더 커지는 것을 볼 수 있었다.
이 세 가지의 실험에서 알 수 있는 것은 안테나의 거리가 방전 점과 가깝게 설치되었다고 해서 오차 값이 적은 것이 아니고 적당한 거리 차가 있을 시에 오차 값이 줄어 든다는 것을 실험을 통해서 알 수 있었다.
오차에 있어서는 처음의 피크치를 기준으로 측정한 값이 최대 피크치를 기준으로 측정한 값보다 오차가 적게 나타났다. 처음 피크치를 기준으로 한 값의 오차가 적은 것으로 보아서 처음 피크치를 기준으로 한 값이 좀 더 정확할 것이라는 것을 알 수 있었다. 그러므로 처음의 피크치를 기준으로 S=VxT (S: 거리, V: 전자파 속도(3xl08m/s), T: 시간)로 계산해 보면 원래의 검출거리는 0.

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